東北大学大学院医学系研究科・医学部

医科学専攻 公衆衛生学専攻

  • Master's Courses　
    修士課程
  • Doctoral Courses　
    博士課程

Environmental Medicine and Molecular Toxicology環境医学

  • 環境医学
  • 硫黄生物学
  • 統合硫黄オミックス
  • 超硫黄分子

STAFF

Professor

  • Akaike, TakaakiProfessor. 赤池 孝章 教授

Other Faculty / Staff

  • Morita, Masanobu
    Lect. 守田 匡伸 講師
  • Ida, Tomoaki
    Assistant Prof. 井田 智章 助教
  • Matsunaga, Tetsuro
    Assistant Prof. 松永 哲郎 助教
  • Takata, Tsuyoshi
    Assistant Prof. 高田 剛 助教
  • Unno Yuka
    Assistant Prof. 海野 雄加 助教
  • Seiryo Ogata
    Assistant Prof. 緒方 星陵 助教

CONTACT

TEL：+81-22-717-8164
E-MAIL：secretariat*toxicosci.med.tohoku.ac.jp
（「*」を「@」に変換してください）

OUTLINE

Supersulfides, such as cysteine hydropersulfide (CysSSH) and other persulfides, are widely present in the cells of most organisms, from single-celled to humans, and even in the natural environment and foodstuffs. They are believed to act as an antioxidant that protects cells from harmful free radicals, which are byproducts of normal cell activity or pollutants, and can cause various diseases such as cancer. However, how these supersulfide molecules are formed, or what role they play exactly within these cells, has not been well understood. Our group found that supersulfides were essential in supporting the mitochondrial energy metabolism, which is known as sulfur respiration, and identified it for the first time in humans and other mammals. We have also identified a group of enzymes involved in the synthesis and metabolism of supersulfides, and have shown that these enzymes are important for maintenance of supersulfides in vivo. These findings could possibly pave the way for research on how the supersulfides could help treat diseases resulting from an increase in oxidants or through mitochondria dysfunction, such as diabetes, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), atherosclerosis, and cardiovascular diseases, etc.

　生物のエネルギー代謝の起源は40億年前に出現した細菌による酸素を使わない嫌気的な硫黄呼吸である。当研究室では2007年に新しいレドックスシグナル因子であるニトロcGMPを発見し(Nat. Chem. Biol. 2007)、その代謝制御系を解析するなかで(Nat. Chem. Biol. 2012; PNAS 2014)、新しい硫黄代謝経路(パースルフィド合成酵素)を同定し、それが、真核生物・哺乳類の嫌気的エネルギー代謝である硫黄呼吸を司ることを発見した(Akaike T., Nat. Commun. 2017; Nat. Commun. 2021)。すなわち、パースルフィドなどの超硫黄分子が、細菌・原核細胞から真核細胞・哺乳類・ヒトまで種横断的、普遍的に発現されており、生命に必須の硫黄依存型エネルギー代謝系，すなわち硫黄呼吸の担い手であることが明らかとなってきた．これは、哺乳類が酸素の代わりに硫黄代謝物を利用してエネルギー代謝を営んでいることを明らかにした科学史に残る発見である。本研究では、根本的な生命のしくみでありながら、いまだに未知のエネルギー代謝である硫黄呼吸の全容を分子から個体レベルまで解明することで、人類の健康、疾病および寿命のコントロールを可能にする生命科学のセントラルドクマの創成に挑む。

  • Breath-omics center in our laboratory and high-performance mass spectrometers
    分野内に設置された呼気オミックスセンターと各種高性能質量分析装置

  • Sulfur respiration and oxygen respiration
    硫黄呼吸と酸素呼吸

ARTICLE

Marutani E, Morita M, et al. The pivotal role of sulfide catabolism in hypoxia tolerance. Nat Commun. 12(1): 3108, 2021.

Doka E, Ida,T, et al. Control of protein function through oxidation and reduction of persulfidated states. Sci Adv. 6(1): eaax8358, 2020.

Takahashi D, et al. AUTACs: Cargo-specific degraders using selective autophagy. Moll Cell. 76(5): 797-810.e10., 2019.

Akaike T, et al. Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics. Nat Commun. 8(1): 1177, 2017.

Ida T, Sawa T, Ihara H, et al. Reactive cysteine persulfides and S-polythiolation regulate oxidative stress and redox signaling. Proc Natl Acad Sci USA. 111(21): 7606-7611, 2014.

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